CN101492027B - 装配式管线连接器自动分发与回收作业系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，包括带自装卸机构的通用车载底盘及与自装卸机构连接的整装整卸式作业方舱，其特征是：所述整装整卸式作业方舱包括连接器储存架、纵向传送机构、横向传送机构、竖向传送机构。本发明采用现代集装技术、整装整卸技术、自动分发(回收)技术等，实现了装配式管线连接器及胶圈的集装化储存、机械化整体装卸和运输、自动化分发和回收，节省了连接器及胶圈的储存空间和运力，大大降低了其装卸和分发(回收)的劳动强度，极大地提高了作业速度。系统结构组成科学，工作可靠性高，环境适应性强，操作维护方便。

Description

装配式管线连接器自动分发与回收作业系统

技术领域

本发明涉及对物品动态连续自动分发和回收及存储的作业系统，特别适合对在装配式管线工程中大量使用的装配式管线连接器进行自动分发与回收作业。

技术背景

装配式管线具有输送量大、铺设展开方便、撤收转移机动灵活等优点，而被大量运用于抢险、救灾、作战等多种特殊场合，用于油料、水等液体的长距离应急输送。装配式管线自二次世界大战问世以来，在二战及其后的历次局部战争以及抢险救灾等行动中都扮演了极其重要的角色，发挥了不可替代的作用。例如，二战期间，美、英、苏等国的军队铺设了近2万公里的装配式管线，为作战部队提供了可靠的油料保障。

目前，世界主要发达国家如美国、英国、法国、德国、俄罗斯等都装备有成千上万公里的装配式管线，我国亦装备了数量众多的装配式管线。

装配式管线按材质分为钢质和软质管线两种，而以钢质管线的数量最多、用途最广。钢质管线的结构形式主要为槽头式(如美国、英国等的钢质管线均为槽头式，我国和俄罗斯等的钢质管线大部分为槽头式)，管子与管子之间采用专用连接器和胶圈进行连接和密封，现场组装，如图1所示。由于管线输送距离长(短的数十公里，长的成百上千公里)，所需连接器、胶圈数量众多且分散(每100km配备连接器、胶圈各多达2万多个)，因此在管线铺设和撤收时，连接器、胶圈的分发和回收是制约管线作业速度的关键。

长期以来，国内外装配式管线的连接器、胶圈均采用小包装箱(木箱或铁皮箱)进行包装，每箱重约40kg，每100km管线的连接器、胶圈需装近3000箱。管线铺设、撤收时，完全依靠人工装卸、分发和回收，不但所需作业人员多、包装箱易变形损坏、空箱需回收、占用空间大，而且劳动强度大、作业速度慢，大大降低了装配式管线在抢险、救灾、作战等任务中的快速反应能力，使其快速机动的优越性大打折扣。

发明内容

为了解决传统作业模式存在的上述问题，本发明的目的是提供一种集连接器、胶圈的集装化储存、装卸、运输、自动化分发和回收功能于一体的作业系统。

上述连接器由两个半环通过活节螺栓联结组成一副，如图2所示。其外形不规则、非圆非方、表面凹凸不平，给其在车载状态下的动态连续自动分发和回收带来了很大困难。

为方便存储、节省空间、减少分发(回收)动作次数，将胶圈放置于连接器内腔里，作为一整体进行设计，以下统一简称为连接器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的，即一种装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，包括带自装卸机构的通用车载底盘、及与自装卸机构连接的整装整卸式作业方舱，所述整装整卸式作业方舱包括连接器储存架、纵向传送机构、横向传送机构、竖向传送机构、升降机构和驱动控制机构。

所述连接器储存架为立体式货架结构，由纵向分隔件均分为若干个相同的纵向舱，并由若干对纵向角钢与纵向分隔件固定，将每个纵向舱均分成若干层用于存储、分发或回收连接器的纵向轨道，每个所述纵向轨道的前、后端具有止挡机构，其中，后端止挡机构为固定式，前端止挡机构为常闭式可开关的阻挡机构；

所述纵向传送机构为电机驱动的链条链齿组机构，每根链条上安装有节距与连接器内孔相对应的链齿。各链条分别与连接器储存架的纵向轨道相对应安装，纵向传送机构的前端安装横向传送机构，在升降机构的带动下纵向传送机构和横向传送机构同步竖直移动，当纵向传送机构移到某层储存有连接器的纵向轨道的正上方时，使其链齿对准、进入连接器内孔，便可以把储存架中该层连接器按每次一横排逐次从储存架上送入横向传送机构内，或把横向传送机构中的连接器送回储存架中；

横向传送机构包括横向轨道、设置在横向轨道中心槽内由螺杆杆丝母带动进行横向往复运动的连接器运送齿条；

竖向传送机构悬挂于作业方舱外侧，其上端与横向传送机构的连接器出口处相联接，在竖向传送机构的上半部中设置有活动舱门，该活动舱门亦与横向传送机构相联，随同后者一起升降，竖向传送机构内设置有一对链轮链条机构，链条上成对设置有相距与连接器两侧凸端相对应的链齿用于带动连接器的上下传送，以便进行分发和回收。

非作业状态时，竖向传送机构可拆回、固定在方舱内。

参见图11，升降机构的作用是带动纵向传送机构、横向传送机构一起在连接器储存架中进行升降，便于逐层分发(回收)连接器。升降机构包括前升降机构、后升降机构，二者共用一个电机，通过链条连接传动同步升降。

各机构运行的电机采用直流无刷电机，直接从汽车底盘蓄电池或自备蓄电池取电，无需外部动力源，方便野外使用。

为实现各运行机构之间能够协调一致工作，达到连接器逐副自动分发(回收)的目的，采用闭环定量控制的驱动控制机构。

连接器自动分发过程及原理如下：连接器自上而下逐层自动分发(满载时，从顶层开始)，当需要对储存架中某层连接器进行分发时，操作人员只需按下控制器上的“分发”按钮，升降机构便自动启动将纵向传送机构、横向传送机构移至该层连接器上方，并打开连接器前止挡机构，同时纵向传送链条的链齿对准连接器内孔；随后，纵向电机启动，驱动纵向传送机构向横向传送机构送出1排连接器；连接器进入横向传送机构内后，横向电机启动驱动横向往复机构运送连接器至竖向传送机构内，进行连接器的逐副分发，在其每发送出1副连接器时，便向驱动控制机构的控制芯片输入1个单位脉冲信号，控制芯片记录并存储下该脉冲信号(计数器同时计数)；当每发送完该第一排中的所有连接器后，控制芯片得到对应数量的脉冲信号，此时，驱动控制机构又自动启动纵向电机驱动纵向传送机构向横向传送机构重新送第二排连接器，由横向传送机构、竖向传送机构继续发放连接器，如此循环直至发完1层连接器后，驱动控制机构便自动启动升降机构下降1层，带动纵向传送机构、横向传送机构移至连接器存放架的下一层，并同时打开该层连接器的前止挡机构，进行该层连接器的分发，直至将每层连接器分发完毕。在连接器分发过程中，可随时进行启停，在任意状态下终止和继续分发，以满足线路的实际情况和不同需求。

连接器回收原理与分发基本相同，程序相反。

本发明由于上述结构而产生的积极效果是非常显著的，表现在：

(1)采用现代集装技术、整装整卸技术、自动分发(回收)技术等，在国内外率先实现了装配式管线连接器及胶圈的集装化储存、机械化整体装卸和运输、自动化分发和回收，节省了连接器及胶圈的储存空间和运力，大大降低了其装卸和分发(回收)的劳动强度，极大地提高了作业速度，实现了装配式管线铺设、撤收传统作业模式的革命性变化。

(2)采用自动化仓储技术、机电一体化技术，首创连接器自动分发(回收)机构，巧妙地解决了连接器的动态存储、动态定位和多方位传送等难题，实现了连接器在车载行驶过程中的动态自动分发(回收)，取得了连接器动态自动分发(回收)技术的重大突破。

针对连接器数量多、形状不规则、尺寸大小差异较大的特点，设计了多层多仓的立体式货架，连接器分层分仓存放，互不影响，既节省了储存空间，又为连接器在动态条件下的发送提供了条件。

设计的阵列式连接器止挡机构，结构巧妙，既可对货架中的连接器可靠锁止，又可借助外力方便地开启，便于连接器分发和回收。

设计了纵、横、竖三维一体的连接器传送机构，采用直流无刷电机驱动，满足了连接器在车载行驶状态下的定位和多方位传送要求，从而实现了动态条件下连接器的自动分发和回收。

(3)采用闭环定量控制技术，首创车载式连接器分发(回收)驱动控制机构，具备轨迹记忆及自学习实时补偿等功能，且不需任何传感器，实现了连接器的逐副定距或定点连续分发(回收)。

管线铺设每间隔一定距离(视管子的长短而定)便需要1副连接器，需求量大、频率高、地点分散。本发明提供的系统不需任何传感器，采用闭环定量控制、轨迹记忆及自学习实时补偿技术等，通过工作电机与控制芯片之间的信息传输、处理与反馈，达到连接器分发(回收)的计数、显示与定量控制的目的，实现了连接器的逐副定距分发及定点连续分发和回收，以满足不同线路情况对连接器的需求。系统结构组成简单，工作可靠性高，环境适应性强，操作维护方便。

附图说明

本发明的上述系统可以通过附图给出的一个非限定性的实施例进一步说明。

附图1连接器与管子的示意图；图中1-连接器；2-管子。

附图2为连接器与胶圈的示意图；图中1.1-上半环，1.2-活节螺栓，1.3-下半环，1.4-胶圈。

附图3为本发明系统两种状态的示意图，其中a为自装卸状态示意图，b为行驶及收发作业状态示意图。3-底盘，4-自装卸机构，5-整装整卸式作业方舱5。

附图4为本发明整装整卸式作业方舱5的结构示意图；图中5.1-纵向传送机构，5.2-竖向传送机构，5.3-横向传送机构，5.4-连接储存架

附图5为连接器储存架5.4的结构示意图；图中5.5-角钢，5.6-前止挡机构。

附图6为前止挡机构关闭与开启状态示意图，图中A为关闭状态，B为开启状态。

附图7为纵向传送机构的结构示意图；图中A为纵向传送机构，B为纵向传送机构与横向传送机构5.3的连接关系，5.7-纵向传动电机，5.8-链条链齿。

附图8为横向传送机构的结构示意图，图中5.9-为运送齿条。

附图9为横向传送机构中的连接器往复运送机构，图中5.10-横向轨道5.11-螺杆螺母，5.12电机。

附图10为竖向传送机构的结构示意图，图中5.13-电机及减速器，5.14-传送齿条，5.15-活动舱门。

附图11为升降机构的示意图，图中5.16-升降电机及涡轮蜗杆，5.17-前升降机构，5.18-后升降机构。

附图12为本发明连接器分发控制逻辑框图。

具体实施方式

参见附图，图中的装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，包括带自装卸机构4的通用车载底盘3、及与自装卸机构连接的整装整卸式作业方舱5，所述整装整卸式作业方舱5包括连接器储存架5.4、纵向传送机构5.1、横向传送机构5.3、竖向传送机构5.2、升降机构和驱动控制机构，

参见图4、5、6所述连接器储存架5.4为立体式货架结构，由纵向分隔件均分为10个相同的纵向舱，并由若干对纵向角钢5.5与纵向分隔件固定，将每个纵向舱均分成14层用于存储、分发或回收连接器1的纵向轨道，每个纵向轨道上可存放20副连接器，每个所述纵向轨道的前、后端具有止挡机构，其中，后端止挡机构为固定式，前端止挡机构为常闭式可开关的阻挡机构；

参见图7，所述纵向传送机构5.1为电机驱动的链条链齿组机构，每根链条上安装有节距与连接器内孔相对应的链齿。各链条分别与连接器储存架的纵向轨道相对应安装，纵向传送机构的前端安装横向传送机构5.3，在升降机构的带动下纵向传送机构和横向传送机构同步竖直移动，当纵向传送机构移到某层储存有连接器的纵向轨道的正上方时，使其链齿对准、进入连接器内孔，便可以把储存架中该层连接器按每次一横排逐次从储存架上送入横向传送机构内，或把横向传送机构中的连接器送回储存架中；

参见图8、9，所述横向传送机构包括横向轨道、设置在横向轨道中心槽内由螺杆杆丝母带动进行横向往复运动的连接器运送齿条5.9；

参见图10，所述竖向传送机构悬挂于作业方舱5外侧，其上端与横向传送机构的连接器出口处相联接，在竖向传送机构的上半部中设置有活动舱门5.15，该活动舱门亦与横向传送机构相联，随同后者一起升降，竖向传送机构内设置有一对链轮链条机构，链条上成对设置有相距与连接器两侧凸端相对应的链齿用于带动连接器的上下传送，以便进行分发和回收。

非作业状态时，竖向传送机构可拆回、固定在作业方舱内。

参见图11，升降机构的作用是带动纵向传送机构、横向传送机构一起在连接器储存架中进行升降，便于逐层分发(回收)连接器。升降机构由带涡轮蜗杆的前升降机构5.17和后升降机构5.18构成，由升降电机5.16带动前升降机构的涡轮蜗杆机构，再由链轮及链条带动后升降机构同步运动，实现前后升降机构的同步升降。

参见附图6，连接器储存架5.4中常闭式可开关的前端止挡机构5.6为一对分别与拨叉固定的挡块，拨叉的一端穿过纵向轨道前端的竖直纵向分隔件并由拉簧保持拨叉上抬而使挡块阻挡在纵向轨道的前端，当所述拨叉在横向传送机构的碰撞下下落时，挡块上抬开启纵向轨道前端的止挡机构，而允许连接器进入横向传送机构的横向轨道5.10。

各机构运行的电机采用直流无刷电机，直接从汽车底盘蓄电池或自备蓄电池取电，无需外部动力源，方便野外使用。

为实现各运行机构之间能够协调一致工作，达到连接器逐副自动分发(回收)的目的，采用闭环定量控制的驱动控制机构。

连接器自动分发过程及原理如下：连接器自上而下逐层分发(满载时，从顶层开始)，当对储存架中某层连接器进行分发时，操作人员操作控制面板上的“分发”按钮，升降机构便自动启动将纵向传送机构、横向传送机构移至该层连接器上方，并打开连接器前止挡机构，同时纵向传送链条的链齿对准连接器内孔；随后，纵向电机启动，驱动纵向传送机构向横向传送机构送出1排10副连接器；连接器进入横向传送机构内后，横向电机启动驱动横向往复机构运送连接器至竖向传送机构内，进行连接器的逐副分发，在其每发送出1副连接器时，便向驱动控制机构的控制芯片输入1个单位脉冲信号，控制芯片记录并存储下该脉冲信号(计数器同时计数)；当每发送完10副连接器时，控制芯片得到10个脉冲信号，此时，驱动控制机构又自动启动纵向电机驱动纵向传送机构向横向传送机构重新送出1排10副连接器，由横向传送机构、竖向传送机构继续发放连接器，如此循环直至发完1层连接器(控制芯片得到200个脉冲信号)后，驱动控制机构便自动启动升降机构下降1层，带动纵向传送机构、横向传送机构移至连接器存放架的下一层，并同时打开该层连接器的前止挡机构，进行该层连接器的分发，直至将每层连接器分发完毕。在连接器分发过程中，可随时进行启停，在任意状态下终止和继续分发，以满足线路的实际情况和不同需求。

连接器回收原理与分发基本相同，程序相反。

参见附图12，驱动控制的主要功能如下：

(1)连接器自动逐副分发(回收)，分发(回收)数量实时记录、存储、显示与清零；

(2)连接器库存数可人工植入、修改与存储；

(3)根据连接器库存数，分发机构可自动识别对位；

(4)工作状态实时记忆，在连接器分发(回收)过程中，若人为或故障停机，驱动控制机构便自动记忆此时系统的工作状态和各机构的位置，待系统重新启动工作时，自动从当前位置继续工作；

(5)急停、报警与保护，在连接器分发(回收)过程中发生故障，可人工或自动停机保护，并声光报警；且可人工操作各机构运转，进行连接器分发(回收)，或进行检修。

采用本发明技术试制制作了样机，样机进行了堆码、吊装、自装卸以及5000余公里各种路面的行驶等基本性能试验，进行了20000余副连接器的自动分发和回收作业使用试验。试验使用表明，样机性能稳定，工作可靠，操作简单。

Claims (3)

1.一种装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，包括带自装卸机构(4)的通用车载底盘(3)及与自装卸机构连接的整装整卸式作业方舱(5)，其特征是：所述整装整卸式作业方舱(5)，它包括连接器储存架(5.4)、纵向传送机构(5.1)、横向传送机构(5.3)、竖向传送机构(5.2)及升降机构，其中：

1)、连接器储存架(5.4)为立体式货架结构，由纵向分隔件均分为若干相同的纵向舱，并由若干对纵向角钢(5.5)与纵向分隔件固定，将每个纵向舱均分成若干层用于存储、分发或回收连接器的纵向轨道，每个所述纵向轨道的前、后端具有止挡机构，后端止挡机构为固定式，前端止挡机构(5.6)为常闭式可开关的阻挡机构；

2)、纵向传送机构(5.1)为电机驱动的链条链齿组机构，每根链条上安装有节距与连接器内孔相对应的链齿，各链条分别与连接器储存架的纵向轨道相对应安装，纵向传送机构的前端安装横向传送机构(5.3)，在升降机构的带动下纵向传送机构和横向传送机构同步竖直移动，当纵向传送机构移到某层储存有连接器的纵向轨道的正上方时，使其链齿对准、进入连接器内孔，便可以把储存架中该层连接器按每次一横排逐次从储存架上送入横向传送机构内，或把横向传送机构中的连接器送回储存架中；

3)、横向传送机构包括横向轨道(5.10)、设置在横向轨道中心槽内由由电机(5.12)驱动的螺杆螺母(5.11)带动进行横向往复运动的连接器运送齿条(5.9)；

4)、竖向传送机构悬挂于作业方舱(5)外侧，其上端与横向传送机构的连接器出口处相联接，在竖向传送机构的上半部中设置有活动舱门(5.15)，该活动舱门亦与横向传送机构相联，随同后者一起升降，竖向传送机构内设置有一对链轮链条机构，每根链条上成对设置有相距与连接器两侧凸端相对应的链齿用于带动连接器的上下传送。

2.根据权利要求1所述的装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，其特征是：连接器储存架(5.4)中常闭式可开关的前端止挡机构(5.6)为一对分别与拔叉固定的挡块，拔叉的一端穿过纵向轨道前端的纵向分隔件并由拉簧保持拔叉上抬而使挡块阻挡在纵向轨道的前端，当所述拔叉在横向传送机构的碰撞下下落时，挡块上抬开启纵向轨道前端的止挡机构，而允许连接器进入横向传送机构的横向轨道(5.10)。

3.根据权利要求1所述的装配式管线连接器自动分发与回收作业系统，其特征是：所述升降机构由带涡轮蜗杆的前升降机构(5.17)和后升降机构(5.18)构成，由升降电机(5.16)带动前升降机构的涡轮蜗杆机构，再由链轮及链条带动后升降机构同步运动，实现前后升降机构的同步升降。

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